详解Stateflow建模与应用实例
- 格式:doc
- 大小:2.77 MB
- 文档页数:79
StateFlow使用教程编辑整理:尊敬的读者朋友们:这里是精品文档编辑中心,本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的,发布之前我们对文中内容进行仔细校对,但是难免会有疏漏的地方,但是任然希望(StateFlow使用教程)的内容能够给您的工作和学习带来便利。
同时也真诚的希望收到您的建议和反馈,这将是我们进步的源泉,前进的动力。
本文可编辑可修改,如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅,最后祝您生活愉快业绩进步,以下为StateFlow使用教程的全部内容。
基本理论应用模式:(1)使用if—else逻辑判断(2)使用两个或者三个等的状态转换;三个状态的话,注意是否每个状态都能切换到另两个状态。
比如下面第一个例子中当switch_on为0的时候在on状态和standby状态都切换到off状态.(3)StateFlow里面的参数为全局变量,可以多个状态中用。
如:调用函数,并行的两个状态模块,一个状态机中变量来控制另一个状态模块中的切换条件.(4)分层1)下图中,左边和右边是同时并行(and模式)的两个chart,并行后边框编程虚线;2)每一层都需要有一个缺省转移的状态(默认状态),用箭头指向该状态。
(5)during和entryentry使用如下图中,当前状态为黑色画框的,但是根据默认的状态原因,输出力矩分别为20(图中未显示),200(LowSlipRate中的entry),80(LowSlipRate1中的entry),70(LowSlipRate1中的during)During使用下图中,Torqueff值进入LowSlipRate1状态时为80,然后每个采样时间递减10.采样周期为1。
例子(进入一个状态后,下一次还进入这个状态)在on模块,直接switchon==0就回到off状态;On模块进入T>160时候,就要,先关闭device,然后开风扇降温到T<65,才回到off状态。
Stateflow函数:T<65;65<T<160两种情况。
stateflow真值表高级用法(实用版)目录1.Stateflow 简介2.Stateflow 真值表的概念3.Stateflow 真值表的高级用法4.应用实例5.总结正文Stateflow 是一款基于 Simulink 的建模工具,可以用来描述和模拟复杂的系统行为。
通过使用状态机原理、流图概念和状态转换图,Stateflow 能够对复杂系统的行为进行清晰、简洁的描述。
真值表是Stateflow 中一个重要的概念,它用于描述状态转换的关系。
在本文中,我们将介绍 Stateflow 真值表的高级用法。
首先,我们来回顾一下 Stateflow 的基本概念。
Stateflow 中的状态是指系统在某一时刻所处的情况,而状态转换则是指系统从一种状态转移到另一种状态的过程。
通过定义状态和状态转换,我们可以建立一个状态机模型,用于描述系统的行为。
在 Stateflow 中,真值表用于描述状态转换的关系,它包含了所有可能的状态输入和输出组合,以及对应的状态转换结果。
接下来,我们来介绍一下 Stateflow 真值表的高级用法。
高级用法主要包括以下几个方面:1.构建复杂的状态转换逻辑:通过使用 Stateflow 真值表,我们可以构建非常复杂的状态转换逻辑,这有助于我们更准确地描述现实世界中的系统行为。
2.优化状态转换逻辑:在实际应用中,我们可能需要对状态转换逻辑进行优化,以提高系统的性能。
通过分析真值表,我们可以找到一些不必要的状态转换,从而简化状态转换逻辑。
3.生成可执行的代码:基于 Stateflow 真值表,我们可以生成可执行的代码,这有助于我们在实际系统中实现状态转换逻辑。
4.进行仿真和测试:通过使用 Stateflow 真值表,我们可以对系统进行仿真和测试,以验证状态转换逻辑的正确性。
下面,我们通过一个简单的应用实例来说明 Stateflow 真值表的高级用法。
假设我们有一个简单的交通信号灯控制系统,其中有三个状态:红、绿、黄。
stateflow用法Stateflow是Matlab/Simulink提供的一种建模工具,用于建立离散事件系统(DES)和有限状态机(FSM)模型。
下面是Stateflow的一些常见用法:1. 建立状态图:使用Stateflow可以通过绘制状态图来建立系统的状态转换模型。
可以使用Stateflow提供的图形化界面来创建状态、转移和条件等元素,也可以使用Matlab代码来编写状态图。
2. 定义状态:Stateflow允许用户定义系统的不同状态,并为每个状态定义适当的行为或动作。
可以在状态图中添加状态,并为每个状态添加相应的动作。
这些动作可以是Matlab代码、Simulink模型或其他Stateflow图形元素。
3. 定义转移:使用Stateflow可以定义状态之间的转移条件和动作。
可以在状态图中定义转移条件,即当满足特定条件时,系统将从一个状态转移到另一个状态。
此外,可以为每个转移定义动作,以在状态转移时执行特定操作。
4. 设计层次结构:Stateflow支持层次结构的建模,可以通过创建子状态来实现状态的层次化组织。
这使得系统的复杂性得以管理,并可以更好地表达系统的行为。
5. 事件触发机制:Stateflow支持事件的触发机制,可以通过发送事件来触发状态转换或执行特定动作。
可以在状态图中定义事件,并在转移条件或动作中使用这些事件。
6. 运行模拟:Stateflow提供了用于模拟和调试模型的功能。
可以通过Matlab/Simulink环境中的模拟器来运行Stateflow模型,并查看状态的变化、转移条件的触发以及动作的执行情况。
Stateflow的使用依赖于Matlab/Simulink平台,可以与Simulink模型无缝集成。
它被广泛应用于控制系统、通信系统、嵌入式系统等领域的建模和仿真。
通过使用Stateflow,可以更好地理解和分析系统的行为,并为系统设计和验证提供支持。
stateflow语法摘要:一、Stateflow 简介1.Stateflow 的定义2.Stateflow 的基本元素二、Stateflow 语法详解1.状态定义2.状态转移3.事件4.条件5.初始化6.操作三、Stateflow 应用实例1.设计一个简单的计数器2.设计一个复杂的状态机四、Stateflow 与其他工具的结合1.Stateflow 与Simulink 的结合2.Stateflow 与MATLAB 的结合五、Stateflow 的高级功能1.并发状态2.层次化状态结构3.状态压缩4.符号执行正文:Stateflow 是一种基于图形化界面的MATLAB 函数,用于描述和仿真复杂的状态机和动态系统。
它可以帮助用户创建和编辑图表,以可视化状态转移、事件、条件和操作。
Stateflow 可以与其他MATLAB 工具箱结合使用,如Simulink 和Symbolic Math Toolbox,以实现更高级的功能。
一、Stateflow 简介Stateflow 是一种用于描述和仿真复杂状态机和动态系统的图形化界面。
用户可以通过拖放组件来创建和编辑Stateflow 图表,这些组件包括状态、事件、条件和操作等。
Stateflow 是基于MATLAB 的,因此可以使用MATLAB 的丰富函数库来处理数据和实现复杂算法。
二、Stateflow 语法详解1.状态定义在Stateflow 中,状态是一个核心概念。
状态定义了一个特定时刻系统的状态。
状态可以是离散的(如0 或1)或连续的(如在某个范围内的值)。
2.状态转移状态转移描述了系统从一个状态转移到另一个状态的过程。
状态转移可以是确定的(根据当前状态和事件确定下一个状态)或随机的(根据概率分布选择下一个状态)。
3.事件事件是Stateflow 中的触发器,它可以在特定条件下触发状态转移或执行操作。
事件可以是外部输入(如传感器读数)或内部生成的(如计时器超时)。
port_label('input',1,'signal');port_label('output',1,'gain');port_label('output',2,'saturation');port_label('output',3,'sample');port_label('output',4,'error');image(imread('dianji.jpg'))第3章Stateflow建模与应用Stateflow是有限状态机(finite state machine)的图形工具,它通过开发有限状态机和流程图扩展了Simulink的功能。
Stateflow使用自然、可读和易理解的形式,可使复杂的逻辑问题变得清晰与简单,并且还与MATLAB\Simulink紧密集成,为包含控制、优先级管理、工作模式逻辑的嵌入式系统设计提供了有效的开发手段,是本书的核心内容之一。
读者在5~8章将看到Stateflow应用于MCU器件的嵌入式开发,尤其显得得心应手,一些采用传统方法难于实现的算法,如果利用Stateflow建模却非常容易。
大到导弹、航空航天器的控制,小到点亮一个发光二极管,Stateflow都非常称职。
Stateflow状态图模型,还可利用Stateflow Coder 代码生成工具,直接生成C代码。
Stateflow的主要功能包括:●使用层次化、可并行的、有明确执行语义的元素,来描述复杂的逻辑系统。
●采用流程图定义图形化函数。
●利用真值表实现表格形式的功能。
●使用临时逻辑处理状态转移与事件。
●支持Mealy和Moore有限状态机。
●可集成用户自定义的C代码。
●可用动画的形式显示状态图的仿真运行过程,并可记录数据。
●调试器使用图形化断点进行单步调试,并可观察其中的数据。
Stateflow 入门知识Stateflow 基本操作Stateflow 应用实例Stateflow 动态仿真简介StateflowStateflow入门知识◆Statefolw 是一种图形化的设计开发工具,是有限状态机的图形实现工具,也被称为状态流。
◆主要用于simulink 中控制和检测逻辑关系,主要针对控制系统中复杂控制逻辑建模与仿真。
◆它和Simulink 同时使用使得Simulink 更具有事件驱动控制能力。
所谓有限状态机是指系统中存在可数的状态,在某些事件发生时,系统从一个状态转换成另一个状态,故又称为事件驱动的系统。
在有限状态机的描述中,可以设计出由一种状态转换至另一种状态的条件,并将每对可转换的状态均设计出状态迁移的事件,从而构造出状态迁移图。
(1)建立有限的状态。
(2)用图形的形式绘制出状态迁移的条件。
(3)使用规定的命令设计状态迁移执行的任务。
完成以上操作即构造出整个有限状态机系统。
状态迁移图:状态状态是指系统运行的模态。
在Stateflow 下,状态有两种行为:活动的(active)和非活动的(inactive)。
状态有互斥和并行两种。
互斥状态的矩形框边缘都是实线,只能有一种状态被激活。
当状态A被激活时,其子状态A1和A2也只能有一个被激活。
并行状态的矩形框边缘都是虚线,同一级的并行状态可在同一时间被激活。
状态A和B并行可同时被激活,状态A1和A2也可同时被激活,但B1和B2则不能。
事件与数据的设置从stateflow的编辑界面的add中选择Event/Data,并在随后打开的菜单中选择相应选项。
从stateflow的编辑界面的Tools中选择Explore,并在随后打返回开的菜单中选择相应设置。
Stateflow基本操作1:创建包含stateflow的simulink模型在MATLAB命令行窗体中键入sfnew在已有的simulink模块库浏览器中点击stateflow命令2:stateflow 编辑器双击7.内嵌Matlab 函数8.模型整理工具10放大缩小工具9.函数调用1.状态工具2.历史交汇工具3.缺省状态迁移工具4.交汇连接工具5.真值表6.图形函数工具状态工具单击状态工具按钮并拖动到编辑界面的空白处,即可绘制出一个状态的示意模块。
port_label('input',1,'signal');port_label('output',1,'gain');port_label('output',2,'saturation');port_label('output',3,'sample');port_label('output',4,'error');image(imread('dianji.jpg'))第3章Stateflow建模与应用Stateflow是有限状态机(finite state machine)的图形工具,它通过开发有限状态机和流程图扩展了Simulink的功能。
Stateflow使用自然、可读和易理解的形式,可使复杂的逻辑问题变得清晰与简单,并且还与MATLAB\Simulink紧密集成,为包含控制、优先级管理、工作模式逻辑的嵌入式系统设计提供了有效的开发手段,是本书的核心内容之一。
读者在5~8章将看到Stateflow应用于MCU器件的嵌入式开发,尤其显得得心应手,一些采用传统方法难于实现的算法,如果利用Stateflow建模却非常容易。
大到导弹、航空航天器的控制,小到点亮一个发光二极管,Stateflow 都非常称职。
Stateflow状态图模型,还可利用Stateflow Coder代码生成工具,直接生成C代码。
Stateflow的主要功能包括:●使用层次化、可并行的、有明确执行语义的元素,来描述复杂的逻辑系统。
●采用流程图定义图形化函数。
●利用真值表实现表格形式的功能。
●使用临时逻辑处理状态转移与事件。
●支持Mealy和Moore有限状态机。
●可集成用户自定义的C代码。
●可用动画的形式显示状态图的仿真运行过程,并可记录数据。
●调试器使用图形化断点进行单步调试,并可观察其中的数据。
wstateflow总结与分析(我是用的是matlab2009b,也就是matlab7.9版本)一、什么是stateflow(后面简称sf)sf集成于simulink中,是针对控制系统的复杂逻辑进行建模与仿真。
在matlabcommand window(后面简称cw)输入sfnew就可以打开。
如下图:此时打开的是simulink模型,stateflow还需要双击chart图标,以打开集成于simulink的sf。
打开之后,我已经创建了一个模型,表示声音控制灯的开与关。
假设灯原来打开,来一次声音,灯打开(从左向右);再来一次声音,灯关闭(从右向左);。
一直循环。
这是最简单的sf控制模型,当有多个逻辑控制的时候,可以构成很复杂的系统。
附打开的另外两个方法:①,打开simulink,然后,找到sf模块②,在cw中输入stateflow,得到下图。
便可以打开。
二、简单介绍编辑状态图状态图是sf中最基本的。
如下所示。
拖动下来以后,可以得到一个状态,上图中的开灯与关灯就是两个状态图,它们表征系统所术语的一个状态。
状态动作:keyword:state actions名称与注释,大家都应该知道。
关于状态动作,表示表示在着一种状态下,内部的执行命令。
假如,每开一次灯,计数一次;灯开着的时候,自动控制空调降温;当灯关闭的时候,关闭所有的家用电器。
那么,就如下图:这个时候,就完成了开灯时候我们需要做的工作。
这儿,为了表示简单,我用中文解释,实际上都需要使用数学表达式。
连接节点以及转移其实,就是复杂了上面的图像。
节点以及转移如下图,假设声音很大,关灯;声音很小,开电视。
便需要节点。
而转移在任何地方一般都需要,且自己拖动就可以了(比较智能)。
转移标签(重要)转移标签就是转移需要使用的条件以及状态。
事件表示只有事件发生才有可能条件转移;条件表示事件中的条件发生才有可能转移;条件动作表示条件满足时候就执行的动作;转移动作在整个通道都有效猜执行。
port_label('input',1,'signal');port_label('output',1,'gain');port_label('output',2,'saturation');port_label('output',3,'sample');port_label('output',4,'error');image(imread('dianji.jpg'))第3章Stateflow建模与应用Stateflow是有限状态机(finite state machine)的图形工具,它通过开发有限状态机和流程图扩展了Simulink的功能。
Stateflow使用自然、可读和易理解的形式,可使复杂的逻辑问题变得清晰与简单,并且还与MATLAB\Simulink紧密集成,为包含控制、优先级管理、工作模式逻辑的嵌入式系统设计提供了有效的开发手段,是本书的核心内容之一。
读者在5~8章将看到Stateflow应用于MCU器件的嵌入式开发,尤其显得得心应手,一些采用传统方法难于实现的算法,如果利用Stateflow建模却非常容易。
大到导弹、航空航天器的控制,小到点亮一个发光二极管,Stateflow 都非常称职。
Stateflow状态图模型,还可利用Stateflow Coder代码生成工具,直接生成C代码。
Stateflow的主要功能包括:●使用层次化、可并行的、有明确执行语义的元素,来描述复杂的逻辑系统。
●采用流程图定义图形化函数。
●利用真值表实现表格形式的功能。
●使用临时逻辑处理状态转移与事件。
●支持Mealy和Moore有限状态机。
●可集成用户自定义的C代码。
●可用动画的形式显示状态图的仿真运行过程,并可记录数据。
●调试器使用图形化断点进行单步调试,并可观察其中的数据。
本章主要内容:●Stateflow工作原理与基本概念●建立Stateflow状态图与流程图●Stateflow的层次结构与并行机制●Stateflow应用3.1Stateflow基本概念Stateflow对象可分为图形对象与非图形对象。
图形对象有状态、历史节点、迁移、默认迁移、连接节点、真值表、图形函数、Embedded MATLAB 函数、盒函数、Simulink 函数;非图形对象有事件、数据、目标。
本节首先介绍常用的对象:状态、迁移、数据、事件的概念和使用,连接节点留待3.3节、历史节点留待3.4节,其余对象留待3.5节说明。
Stateflow 状态机使用一种基于容器的层次结构管理Stateflow 对象,也就是说,一个Stateflow 对象可以包含其他Stateflow 对象。
最高级的对象是Stateflow 状态机,它包含了所有的Stateflow 对象,因此也就包含了Simulink 中的所有Stateflow 状态图,以及数据、事件、目标对象。
同样地,状态图包含了状态、盒函数、函数、数据、事件、迁移、节点与注释事件(note events )。
用户可以使用这一系列对象,建立一个Stateflow 状态图。
而具体到一个状态,它也可以包含上述的对象。
图3.1.1抽象地说明了这样的关系,而图3.1.2则具体地说明了Stateflow 状态机的组成。
状态机状态图状态/盒函数/函数数据/事件数据/事件状态/盒函数/函数状态/盒函数/函数迁移迁移标注标注节点节点数据/事件数据/事件节点节点标注标注迁移迁移数据/事件数据/事件目标目标图3.1.1Stateflow 层次机构(数据字典)图3.1.2 Stateflow状态机的组成3.1.1状态图编辑器在Simulink模块库浏览器,找到Stateflow模块,如图3.1.3所示,添加入模型窗口,如图3.1.4所示。
图3.1.3 Stateflow模块用户也可以使用以下命令,建立带有Stateflow状态图的Simulink模型,如图3.1.4所示,同时打开Stateflow模块库,如图3.1.5所示。
>>sf图3.1.4 带有Stateflow状态图的Simulink模型图3.1.5 Stateflow模块库用户还可以直接使用以下命令,快速建立带有Stateflow状态图的Simulink模型。
>>sfnew双击Chart模块,打开Stateflow编辑器窗口,如图3.1.6所示,左侧工具栏列出了Stateflow图形对象的按钮。
图3.1.6 Stateflow编辑器窗口3.1.2状态状态可以理解为事件驱动系统中的模式,可分为激活与非激活状态,而状态是否激活则是由状态图中的事件与条件决定的,若没有预先定义的事件或条件发生,状态将一直保持其原先的激活或非激活状态。
1. 状态的层次结构状态可以包含除了目标(详见第3.6.6节)以外的所有Stateflow对象,所以状态内部可以有其他状态,如图3.1.7所示,处于外层的A称作超状态(或父状态),处于内部的B称作子状态。
每一个状态都有其父状态,图3.1.7中,状态A的父状态就是Stateflow状态图本身。
图3.1.7 超状态与子状态2. 状态的横向结构在Stateflow状态图的顶层或某一超状态下,通常并存有多个状态,它们之间的关系可分为互斥与并行。
(1) 互斥状态(OR)互斥状态的矩形框边缘显示为实线,同一级的互斥状态,至多允许激活一个状态。
如图3.1.8所示的状态图,状态A与状态B是互斥的,它们只能有一个处于激活状态;当状态A被激活时,同样其子状态A1与A2也只能有一个处于激活状态。
图3.1.8互斥状态(2) 并行状态(AND)并行状态的矩形框边缘显示为虚线,同一级的并行状态,可在同一时刻被激活。
如图3.1.9所示的状态图。
状态A与状态B是并行的,它们可同时处于激活状态;子状态A1与A2也同时处于激活状态,而子状态B1与B2只能有一个处于激活状态。
图3.1.9并行状态状态层次结构与并行机制的详细概念与应用,见3.4与3.5节。
3. 状态标签状态名仅是状态标签的一部分,完整的标签格式如下,第一行是状态名,以下若干行是各类动作,用户可以设置全部或部分的状态动作,当然也可以不设置任何动作。
name/ 状态名entry: entry actions 进入该状态时的动作during: during actions 处于该状态时的动作exit: exit actions 退出该状态时的动作on event_name: on event_name actions 某事件发生时的动作bind: events, data 指定需要限制作用范围的事件与数据①状态名状态名可由字母、数字、下划线组成,如果状态名后跟随的是回车符,则斜线是可有可无的。
根据Stateflow的分层结构,同级的各个子状态不允许重名,但不同级的状态则不受限制。
图3.1.10所示的Stateflow状态图是有效的,尽管看上去状态C1、C2有重名现象,但在Stateflow分层结构中,它们的全名分别是:A.OnA.OffB.OnB.Off图3.1.10状态名②状态动作状态动作如表3.1.1所列。
表3.1.1状态动作类型动作类型缩写说明entry en 进入当前状态时的动作during du 处于当前状态,并且某事件发生时的动作Executes when the state isactive and a specific eventoccursexit ex 离开当前状态时的动作bind 无约束一个事件或数据,使得仅当前状态及其子状态有权限广播该事件或修改该数据on event_name 无当前状态接收1次广播事件时的动作on after(n,event_name) 无当前状态完整接收n次广播事件后的动作on before(n,event_name) 无当前状态完整接收n次广播事件前的动作on at(n, event_name) 无当前状态完整接收n次广播事件时的动作on every(n,event_name) 无当前状态每接收n次广播事件时的动作每个动作类型,用户可指定多个具体动作,每个动作之间以回车、分号、逗号区隔,动作类型关键词后必须跟随一个半角冒号。
(1) entry动作关键词为entry(或缩写为en)。
如果用户在状态名后加入斜线,并直接跟随具体动作,则该动作默认为进入动作。
如图3.1.11所示,进入状态A时,y=3,同时又执行y++,最终的结果y=4。
图3.1.11 entry动作(2) during动作关键词为during(或缩写为du)。
如图3.1.12所示,进入状态A时,y=3,同时不断执行y++。
若求解器的定点步长取0.2,仿真时长取2,则最终的结果y=13。
图3.1.12 during动作(3) exit动作关键词为exit(或缩写为ex)。
如图3.1.13所示,系统处于状态A,当A的激活时间达到5个仿真步长,退出状态A,进入状态B,最终的结果y=4,如图3.1.14所示。
图3.1.13 exit动作图3.1.14 输出结果(4) 广播事件动作表3.1.1所列的广播事件动作,能实现各种的事件触发。
以单次广播事件动作为例,关键词为on event_name,其中event_name表示某一广播事件名,事件名应是唯一的。
如图3.1.15所示,系统处于状态A,当检测到事件stop,立即执行c()。
图3.1.15广播事件动作(5) bind动作关键词为bind。
如图3.1.16所示,变量y、事件start被绑定在状态A,这表示仅有A状态及其子状态有权限修改变量y并广播事件start,其他状态B能够读取变量y、监听到事件start,但无权修改变量y、广播事件start。
图3.1.16 bind动作若运行该状态图,系统提示变量y仅能由状态A及其内部的状态迁移修改,事件start仅能在状态A。
图3.1.17 错误提示与其他动作不同,bind动作不需要判断当前状态是否已激活,也就是说它在整个Stateflow状态图范围内都是有效的,因此不同状态不允许约束同一个变量与事件。
如图3.1.18所示,状态A、B同时约束了变量y,系统提示这是不允许的。
图3.1.18 无效的bind动作图3.1.19 错误提示3.1.3迁移1.迁移Stateflow状态图使用一条单向箭头曲线表示迁移,它将两个图形对象连接起来,多数情况下,迁移是指系统从源状态向目标状态的转移。
在迁移曲线上加上标签,可以指定系统在何种条件下从源状态向目标状态转移。
如图3.1.20所示,当系统处于状态A1时间达到1秒,即向状态A2迁移。